Quick Hydrogen Sensor: Seeds-Innovation-Type Technology Transfer

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1 Environmental Sciences Sensors, Energy Quick Hydrogen Sensor: Seeds-Innovation-Type Technology Transfer Keyword: Fundamental Research on Metal and Hydrogen, Patenting by Technology Experts with Marketing Strategies, Technology Transfer through Networking with Local Companies Organizations Involved Shuji Harada, Ph.D., Professor Faculty of Engineering, Niigata University Yoji Yuki, President & CEO, Niigata TLO Inc. Takeharu Tsurumaki, President, Techno Link Co.,Ltd. S.Harada Y.Yuki T.Tsurumaki Abstract The Faculty of Engineering at Niigata University has succeeded in the development of the Quick Hydrogen Sensor, which detects hydrogen gas in the air within 0.1 second by using an electromotive force for the first time in the world. This sensor was invented during the fundamental research on metal and hydrogen by studying the behavior of hydrogen in metal. Having formed a task force of technology experts for the development of the sensor, Niigata TLO Inc. has also contributed to the commercialization of the Quick Hydrogen Sensor for fuel cell vehicle (FCV) by licensing the technology to a local company. Summary of the technology transfer Technological Impact Introduced the sensing method due to the electromotive force (EMF), given by the difference in chemical potential of hydrogen on the both electrodes. The sensor detects hydrogen gas leakage in the air selectively within a second. Sensor with durability. Operative temperature: 150 (302 ) / Humidity: 95%RH Development of the hydrogen sensor with the minimum detectable concentration of 0.05 % Downsized the sensor by making into a microchip of 5 grams or less in weight (about one- 100th of the conventional sensors) Development and commercialization of the reliable detection system and fail-safe system Added a communication function to the sensor Market Impact The collaboration team has succeeded in the development of the microchip sensor with high response speed and high sensitivity. Although it will still be years before the prevalence of FCV, there is a possibility of the commercialization of the fuel cell co-generation system for households and businesses in several years. Hydrogen gas is also used in such facilities as petrochemical plants or refineries and the promotion of the sensor has covered those fields. Estimated Market Size for the Hydrogen Gas Sensor <Japan> Year 2010: Approx. 700 million JPY - 2 billion JPY Year 2020: Approx. 5 billion JPY - 10 billion JPY <World> Year 2010: Approx. 14 billion JPY - 50 billion JPY Year 2020: Approx. 100 billion JPY billion JPY (Source: Statistics issued by the Agency for Natural Resources and Energy, Mar. 12, 2004) Project Background Techno Link was seeking the possibility of a new business development when Niigata TLO first introduced the technology of the sensor. Techno Link fully understood the potential of the sensor and decided to commercialize it through the technology transfer. Funding History NEDO: Grant for Practical Application of University R&D Results JST: Creation and Support Program for Start- Ups from Universities University: Selected as the focal research project of Niigata University Intellectual property protection Patent Pending: Japan - 3 / Overseas - 3 Hydrogen Gas Sensor WO 2005 / A1 Hydrogen Amount Sensor and Hydrogen Storage Device WO 2007 / A1 Turning point in the Project Quick Hydrogen Sensor Control Part Sensing Element Detects hydrogen gas leakage within 0.1 second. / Capable of being made as a microchip of 5g or less / Shows much better performance in microchip form, response speed, durability, and production cost compared with the conventional hydrogen sensors (Enlarged Sensing Part) Sensing Element (Upper) 1.2mm Control Part (Lower) 5.3mm A team of technology experts who can fully understand the potential of new inventions and society s needs Daily efforts to obtain trust and information from the local community Providing companies with thorough explanation of the potential of the new inventions and the credibility of the patents For more information, contact : Shigeo Kotake, Research Support Department, Niigata University, , kenkyo@adm.niigata-u.ac.jp

2 環境分野 センサ エネルギー クイック水素ガス検知センサーの開発 - シーズイノベーション型技術移転 - キーワート : 金属と水素 の基礎研究の結実 市場性を捉えた目利きによる特許化 地元企業との人脈による技術移転 連携機関 新潟大学工学部教授原田修治 新潟ティーエルオー社長結城洋司 テクノリンク社長鶴巻武治原田教授結城社長鶴巻社長 要約 新潟大学工学部は 金属と水素 の基礎研究として 金属中の水素の挙動の研究において 世界初の起電力変化を利用した (EMF) 方式による瞬時 (0.1 秒以内 ) に大気中の水素ガスを検出する クイック水素ガス検知センサーの開発 に成功 新潟ティーエルオーが専門家によるタスクフォースを組んで技術開発を行いながら 地元企業とのライセンス契約を行い 水素燃料電池車搭載型のクイック水素ガス検知センサーの製品化 に成功した 技術移転の概要 技術への貢献 物質の化学ポテンシャルの大きさを起電力(EMF) の変化として 検出することによって大気中の水素を瞬時に検出する方式を採用 動作温度 150 湿度 95% 等 耐久性実現 最低検出濃度 0.05% 水素センサーの開発と製品化 センサー小型化( チップ化 重さは従来の約 100 分の1(5g 以下 )) 検出系の適正化及びフェイルセーフ機構の開発と製品化 センサーに通信機能付加 市場への貢献高速かつ高感度のチップ化し実用化に成功 燃料電池自動車時代にはまだ年数を要するが 家庭用 ( 給湯器 ) 業務用の熱回収( 温水 ) 方式を併用した燃料電池システムは 数年後には実用化の可能性が大きく また 水素ガスは石油化学工場 石油精製工場等の開発研究所等で使用され その方面にも営業活動を行っている 水素漏れ検出センサーの市場規模試算 < 国内 >2010 年 : 約 7 億円 ~ 20 億円 2020 年 : 約 50 億円 ~ 100 億円 < 世界 >2010 年 : 約 140 億円 ~ 500 億円 2020 年 : 約 1,000 億円 ~3,000 億円 平成 16 年 3 月 12 日付資源エネルギー庁データより 産学官連携のきっかけ新たな事業展開を模索していた企業が 新潟ティーエルオーから技術移転交渉を受け 本センサーの燃料電池自動車等への将来性及び市場性を理解し 技術移転による自社開発を決断したこと ファンディングの推移 JSTの特許化支援の後 次の応用開発の支援を受けている 1.NEDO 大学発実用化研究開発事業 2.JST 大学発ベンチャー創出推進 3. 学内公募の重点推進研究課題に選定 知的財産保護の経緯 特許出願 : 国内 3 件 海外 3 件 水素ガスセンサー WO 2005/ A1 水素量センサー及び水素貯蔵装置 WO 2007/ A1 クイック水素ガス検知センサー 制御部 センサー部 0.1 秒以内で水素ガス漏れを検知 チップ化して 5g 以下でも作製可 検出速度 チップ化 寿命 製造コストは従来製品に比しはるかに大きなパフォーマンスを持つ センサー部拡大 センサー部 ( 上 )1.2mm 制御部 ( 下 )5.3mm 成功 失敗の分かれ道 新たな研究成果に対して 社会のニーズを踏まえた組織的な目利きが必要 普段から地域における人との信頼と情報を得る 企業の方々に 特許の信頼性と新技術のすばらしさを分かりやすく 丁寧に説明する 本件に関する連絡先 : 新潟大学 研究支援部 小武繁夫 kenkyo@adm.niigata-u.ac.jp

3 Environmental Sciences Sensors, Energy Visualization System for 3D Structural Analysis of Fuel Spray Key Phrases: Advances visualization technology, Responds to needs of job site, Transfers technology to a local company Organizations Involved Masaaki Kawahashi, Professor, Graduate School of Science and Engineering, Saitama University Hironori Matsuoka, President, Nippon-Nozzle Precision Machine Co., Ltd. Prof. Kawahashi Pres. Matsuoka Abstract In response to a request by Nippon-Nozzle Precision Machine Co. Ltd. for technical assistance in designing a new nozzle, the Fluid Dynamic Research Group of Saitama University developed a system for analyzing the 3D structure of fuel spray. The system was developed by combining the technology of qualitative visualization with the image processing of laser technology. While the system has been transferred to Nippon-Nozzle, collaborative research with Saitama University continues, and patents for the technology, for which practical uses have been established, are presently being applied for. Summary of the technology transfer Technological Impact By combining optical and image processing technologies, a diagnostic tool for analyzing the 3D structure of fuel spray has been developed that can simultaneously measure a droplet s diameter and 3D velocity. Since the structure of fuel spray is an important factor in the efficiency of combustion, fuel spray diagnostic technology is important not only for designing more efficient nozzles for internal combustion engines but for analyzing various kinds of sprays. Thus, the diagnostic capabilities of the technology can be applied to various technical uses. Social Impact As more people have become concerned with the perilous state of the earth's environment, energy-saving technology has become a crucial element in addressing environmental issues. Since the combustion engine is one of the primary contributors to environmental destruction, emissions control is of paramount importance, and emissions are reduced with engine efficiency. Thus, by improving the efficiency of combustion, fuel spray diagnostic technology also decreases destructive effects on the environment. Project Background Nippon-Nozzle initially consulted Saitama University for technical support in developing an evaluation system that would improve their product s reliability. As a result, a collaborative research project ensued that designed a new fuel spray diagnostic technology. Funding History The university funded the first steps of the technical development before the project received grants from the following sources: Nippon-Nozzle Precision Machine Co. Ltd. Research Fund JSPS Grant Intellectual property protection Number of patent : 1 (domestic) Diagnostic method and system for droplet state, Pat. No Number of application : 1 (domestic) Pat. Listed No Turning point in the Project Optics for Measurement System Illuminated by a pulsed laser lightsheet, the scattering light from droplets in fuel spray is captured by a stereoscopic camera system. Image processing then reconstructs the diameter and 3D velocity of the droplets. 3D Velocity Droplet Diameter Examples of Results Measured Systematic support for making academic research more relevant to societal needs is crucial for technological innovation. Making the university more welcoming and accessible to the local community can increase mutual understanding and collaborative opportunities. For more information, contact : Seijii Ichikawa, Cooperative Research Center, Saitama University, , s_ichikawa@post.saitama-u.ac.jp

4 環境分野 センサ エネルギー 燃料噴霧の 3 次元構造可視化解析システム キーワート : 最先端可視化技術の応用 現場のニーズに応えるシステム 地元企業への技術移転 連携機関 埼玉大学大学院理工学研究科教授川橋正昭 日本ノッズル精機 社長松岡弘憲 川橋教授 松岡社長 要約 埼玉大学工学部で開発研究を行っていたレーザ技術および画像処理に基づく定量的可視化計測技術を用いて 日本ノッズル精機 ( 株 ) からの依頼に基づき 噴霧構造の解析システムを開発し その技術移転を行うとともに共同研究を実施し 得られた成果に基づき 共同で特許を取得した さらに 継続的に共同研究を行い 実用的システムを開発するにいたった 産学官連携のきっかけ 製品の信頼性向上のために 仕様に基づき製造された製品の評価を行うシステム開発について 大学側に共同研究の申し入れがなされた 技術移転の概要 技術への貢献開発された技術は 光学的技術と画像処理応用技術を複合した計測技術であり 内燃機関燃料噴霧の 3 次元構造を解析するために 燃料噴霧の液滴の径とその 3 次元速度成分を同時に計測するものである 燃料噴霧の構造は 燃焼の状態を決める重要な要素であり その解析技術は 実際に使用される内燃機関用燃料噴霧ノズルの設計に重要な知見を与える またこの技術は 燃料噴霧のみならずあらゆる噴霧の 3 次元構造の実験的解析に適用可能であり 様々な技術的用途への適用可能性を有している 社会への貢献環境問題はますます深刻さを増しているが 省エネルギー技術は環境問題の中でも 重要な位置づけにある さらに省エネルギー技術の中でも燃焼に関する問題は 排出ガスに直接かかわる問題であり 燃焼効率を改善することは 環境問題に大きく貢献することとなる ファンディングの推移埼玉大学校費研究費による基本技術開発後 以下の支援を受けている 1. 平成 12 年 ~17 年日本ノッズル精機 ( 共同研究費 2. 平成 14 年 ~16 年科研費基盤 (A)(1) 分担研究費 知的財産保護の経緯 特許取得 : 国内 1 件 小滴の状態計測装置 及び状態計測方法 特許第 号 特許出願 : 国内 1 件 特開 成功 失敗の分かれ道 計測システムの基本光学系 計測対象噴霧がパルスレーザシート光で照明され 液滴からの散乱光がステレオ配置された CCD カメラにより記録され それらの画像を処理して液滴の径と 3 次元速度が同時に求められる 液滴速度分布液滴粒径分布計測結果の例 研究成果をどのように社会に還元できるかについての組織的支援が必要 地域に対して開かれた状態を作り出し それをいかに理解してもらえるかが重要 本件に関する連絡先 : 埼玉大学 地域共同研究センター 市川世司 s_ichikawa@post.saitama-u.ac.jp

5 Environmental Sciences Sensors, Energy Energy saving by utilization of numerical ocean current forecast Keyword: Environmental safeguards, Sustainable ocean development, Numerical ocean forecasting, Seeking a niche market Organizations Involved Toshio Yamagata, JAMSTEC / Professor, The University of Tokyo Toshio Yamagata, Dr. Yasumasa Miyazawa and Dr. Swadhin K. Behera, JAMSTEC President of Nippon Yusen Kabushiki Kaisha (NYK LINE), Monohakobi Technology Institute (MTI) Forecast Ocean Mitsubishi Research Institute, Inc. (MIRI) Partnership (FOP) Abstract Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) has successfully developed an advanced simulation system predicting the ocean current variations in detail in Japan coastal region. Researchers of JAMSTEC and MIRI started a venture project named Forecast Ocean Partnership (FOP) on 24 May 2006 for promoting utilization of the ocean current forecast. FOP has been supported by JAMSTEC through the JAMSTEC venture framework since 1 June Project Background In FY2005, JAMSTEC and MTI, an affiliated company of NYK, have conducted a joint research project including actual proof experiments on ships to investigate necessary conditions for real use of the numerical ocean current information. An example of the business model Summary of the technology transfer Technological Impact JAMSTEC has developed a nowcast/forecast system of oceanic conditions based on initialization/prediction of an ocean general circulation model on a super computer using large amount of observation data obtained quickly from Global Earth Observation System of Systems via Internet. The JAMSTEC venture, FOP, are developing and operating tools for processing the ocean current information and a system for sending the processed data to customers through communication network such as web and . Social Impact So far, the weather routing business, which provides shipping clues with necessary information about for saving of both fuel and shipping time, has not involve the component of the detailed ocean current information. Since the present JAMSTEC venture project achieves the supply of the detailed information of ocean current around the shipping routes to shipping clues, the business is very useful to cope with jump in oil prices. Also, it has active roles to contribute to control the global warming through the reduction in emissions of CO2 due to both the reduction of the shipping time and the saving of the fuel. Funding History JAMSTEC researchers and MIRI invested their moneys to establish FOP. FOP has been supported by JAMSTEC through permissions to use software, patent, and management office room. Intellectual property protection PATENT:domestic 46,International 8 METHOD OF CORING CRUSTAL CORE SAMPLE, (A) B2 Application patent :domestic93,international44 SIMULATOR SYSTEM Trademark: 12 Turning point in the Project Image of the ocean current viewer Key point was conducting the cooperative study with potential users of the numerical ocean current information at first because of requirement of advertising the usefulness of the new information to the shipping people. For more information, contact : Noriyuki Yamashina, Reference Knowledge Infrastructure Division, Planning Department, JAMSTEC, , chizai@jamstec.go.jp

6 環境分野 センサ エネルギー 数値海流予測情報の活用による省エネの実現 キーワート : 環境保全 持続可能な海洋資源利用に向けて 数値海流予測技術 気象海象情報市場のニッチをつかむ 連携機関 ( 独 ) 海洋研究開発機構プログラムディレクター / 東京大学理学系研究科教授山形俊男山形 ( 独 ) 海洋研究開発機構主任研究員宮澤泰正 スワディン K ベヘラ 海流予測 LLP 日本郵船 MTI 三菱総合研究所代表 要約 ( 独 ) 海洋研究開発機構 (JAMSTEC) は 大気海洋変動予測の基礎研究を通じ日本近海の海流変動を詳細に予測する世界最先端のシミュレーションシステムの開発に成功 これにより より経済的な航路の選択が可能となる 本件は 同機構の研究者が中心となり海流予測情報利用事業を行う 海流予測情報利用有限責任事業組合 ( 海流予測 LLP) を平成 18 年 5 月に設立 海流予測 LLP は平成 18 年 6 月 1 日付けで JAMSTEC ベンチャー第 1 号として認定された 技術移転の概要 技術への貢献 JAMSTEC は 近年 世界的に発展した地球観測網から得られる海洋観測データをインターネットを通じて迅速かつ大量に入手し スーパーコンピューター上の海流変動予測モデルに入力 現況を推定し数か月先までの予測データを計算するシステムを開発 海流予測 LLP は 予測データを加工してメール ウェブ等により顧客に配信するシステムを開発 運用している 社会への貢献海運分野では これまでも運航時間短縮や燃料節減等を目指し 航海支援情報提供 ( 通常 ウェザールーティング と呼ばれている ) が行われてきているが 現状では船舶の航路選択の際に用いられる海流の情報は極めて乏しく エネルギー節約の観点での最適航路の選択には 実際に航行しているエリア近傍や今後の航行予定エリアの詳しい海流情報を知ることが極めて重要な要素のひとつであると考えられる 今回 JAMSTEC ベンチャーとして認定された事業によって 随時経済的な航行ルートの情報を得ることができ 昨今の原油価格高騰 地球温暖化問題への対応や 船舶の運航時間短縮や燃料節減による CO2 排出量削減といった直接的な効果の創出に貢献することが期待されている 産学官連携のきっかけ JAMSTEC と日本郵船の関連会社である MTI が平成 17 年度に共同研究を実施 数値海流予測情報を実際に外航海運で利用するための必要条件について検討 船上での実証試験も実施 ファンディングの推移 JAMSTEC 研究者と 三菱総合研究所がそれぞれ出資 海流予測 LLP を設立 JAMSTEC はプログラム著作権 特許権の実施許諾 機構施設を使用した連絡事務所の設置等の支援 知的財産保護の経緯特許取得 : 国内 46 件 海外 8 件 地殻コア試料の採取方法 並びにこれに用いる抗菌性高分子ゲル及びゲル材料 (A) 他特許出願 : 国内 93 件 海外 44 件 シミュレータシステム 他商標 :12 件 事業例 スーパーコンピュータ ( 海流予測計算 ) 成功 失敗の分かれ道 接岸中の船舶 海流予測情報利用 LLP ( 海流予測情報を作成 加工 販売 ) 海流予測情報ビューワー 従来は存在していなかった数値海流予測情報を実利用者に認知させるため 実利用の候補となる関係者との共同研究を最初に行うことが重要 衛星通信 航行中の船舶 海流予測情報 本件に関する連絡先 : ( 独 ) 海洋研究開発機構 (JAMSTEC) 評価交流課 山科則之 chizai@jamstec.go.jp